Imaginen que nuestro sol es del tamaño de un simple grano de arena.
Ahora, nuestro sol es solo uno en una multitud de estrellas.
Está rodeado por más de 200 billones de ellas
solamente en nuestra Vía Láctea.
Nuestro sol es solo un grano en la vasta playa estelar.
Pero la Vía Láctea es también solo una
de 100 billones de galaxias esparcidas por el cosmos.
Se ha estimado que hay más estrellas en el universo
que granos de arena en todas las playas de todo el mundo.
Piensen en eso por un momento.
El tamaño y escala del universo es impresionante.
Pero, como científico, lo que encuentro más extraordinario es que la raza humana
ha logrado deducir tanto sobre cómo se ve.
Déjenme poner este logro en contexto.
Desde nuestro punto de vista, viviendo en un grano minúsculo
orbitando alrededor de este grano de arena, hemos logrado deducir
el tamaño y forma de todas esas playas.
En mi mente, este es uno de los mayores logros de la raza humana,
y me gustaría contarles la historia de cómo lo logramos.
Este filme es sobre la impresionante historia de cómo miramos hacia arriba
desde nuestro aislado punto de vista y empezamos a deducir
la forma, tamaño y origen de todo lo que hay.
Es la historia de cómo llegamos a entender la realidad
a gran escala.
Es la historia de todo.
Quiero detenerme por un momento y pensar sobre esta pregunta básica.
Aquí estoy, sentado bajo el cielo nocturno.
Sobre mí la atmósfera y más allá la luna,
y mucho más lejos, las estrellas.
Pero y entonces, qué?
Cuál es la totalidad de todo lo que hay?
Es una pregunta que todos nos hemos hecho en algún punto.
Recuerdo cuando era un niño creciendo en Baghdad,
durante el verano sacábamos las camas al techo
y recuerdo estar acostado, despierto, mirando a las estrellas
preguntándome si el espacio se extiende infinitamente
o si el universo tiene un borde.
Hoy en día estamos empezando a entender
qué tan compleja es realmente esta pregunta.
Pero hace 500 años parecía haber una respuesta muy simple.
Verán, la creencia que prevalecía era que la Tierra estaba encerrada
en un cascarÃ³n vasto y delgado de estrellas que rotaban en una posiciÃ³n fija.
Cuando miramos al cielo en una noche estrellada,
no es difícil ver por qué creían que vivíamos dentro de un cascarón.
Pero en el siglo 16,
sucedió algo que destruiría esta visión del universo.
Fue un evento que pondría a la humanidad en un viaje
para descubrir el verdadero tamaño y forma de todo.
Esta es una Supernova Tipo IA.
Una estrella en explosión.
Es un evento de escala casi inimaginable.
Brilla cinco billones de veces más intensamente que nuestro sol.
En 1572 una supernova como esta hubiera sido visible en el planeta Tierra.
En ese tiempo se lo conoció simplemente como El Fenómeno.
Y para cualquiera que lo vió, debe haber sido extremadamente
impresionante y misterioso.
Esta nueva luz en el cielo nocturno
brillaba más intensamente que Venus y era visible aún durante el día.
No es sorprendente entonces que muchos buscaran una explicación religiosa
para este extraño y preocupante evento.
Una interpretación posible
de la nueva estrella de 1572, sugerida por algunos intelectuales,
fue que era la estrella que los hombres sabios vieron 1570 años atrás.
Es la estrella que brilló sobre Bethlehem y que ha vuelto.
Así es como algo cósmicamente importante como la encarnación de Dios en la Tierra
podía ser proclamado por esta nueva estrella.
Este fenómeno fascinó y mistificó a mucha gente por toda Europa.
En Inglaterra, encendío la imaginación
del MP de la somnolienta ciudad de Oxfordshire, en Wallingford.
Su nombre era Thomas Digges.
Pero apenas Digges empezó a estudiar esta nueva estrella misteriosa
ésta empezó a perder su brillo.
EL amigo, mentor y astrónomo colega de Digges, un hombre llamado John Dee,
razonó con él que este fenómeno podía tratarse de una estrella en movimiento,
algo que antes se pensaba que era imposible.
Talvez se había hecho más brillante
conforme se acercaba a la Tierra y se opacaba al alejarse.
Aunque esta teoría era incorrecta puso a Digges a pensar
sobre la verdadera naturaleza de las estrellas que rodean la Tierra.
Empezaba a parecer muy improbable que todas estuvieran ordenadas
en un vasto pero delgado cascarón.
Talvez este aparente cascarón era solo una ilusión.
Le tomaría otros cuatro años a Thomas Digges
antes de que publicara su extraña idea.
Y cuando lo hizo, fue en la forma de un simple diagrama,
junto a la traducción de los trabajos de Nicolaus Copérnico,
el primer hombre que había propuesto que el sol
estaba en el centro del universo.
Fíjense en esto.
En este lado está el modelo de Copérnico.
Absolutamente revolucionario.
Tiene el sol al centro con la Tierra en órbita a su alrededor,
junto con otros planetas.
Y en la capa externa está aquella con las estrellas fijas-
el stellarum fixarum.
En este lado está el diagrama de Digges, incluido en la traducción inglesa.
Exactamente el mismo, pero él tomó las estrellas de Copérnico
fuera de su cascarón fijo
y las esparció en el espacio infinito.
El diagrama de Digges describía una radical nueva imagen del cosmos.
Una en la que las estrellas del cielo nocturno ahora existían en un espacio infinito.
Digges lo muestra, a diferencia de Copérnico, Digges lo muestra siendo infinito.
Es una esfera, dice él, con las estrellas fijas infinitamente hacia arriba.
Y este es un momento en el cual los europeos talvez empezaron a pensar
en el mundo como ilimitado, como infinito, como un mundo sin fin.
La nueva imagen de Digges del universo era revolucionaria.
Previamente habíamos estado contenidos en un pequeño cascarón de estrellas.
Ahora estábamos suspendidos dentro de un universo estático infinito.
Pero esta imagen de todo produjo una paradoja extraña.
Si este universo infinito contenía un número infinito de estrellas,
entonces porqué es obscuro en la noche?
En la forma antigua tradicional de ver el universo,
el universo era infinito y estático.
Pronto se reconoció que
un universo infinito estático era ridículo.
Y esto es porque, en dicho universo,
habría un número infinito de estrellas y cada línea
de visión nuestra interceptaría una de estas estrellas.
El universo, un universo infinito y estático, no podía ser obscuro.
Debería estar brillando tan intensamente como el sol.
Y sabemos que ese no es nuestro universo.
En nuestro universo, la noche es obscura.
Aunque Thomas Digges fue el primero en hacer esta pregunta,
el problema llegó a ser conocido como la paradoja de Olbers.
Por sencilla que suene la pregunta,
tomaría hasta el siglo 20 encontrar una respuesta verdaderamente satisfactoria
a por qué el cielo nocturno no es tan brillante como el día.
Resolver la paradoja de Olbers requeriría de varios grandes científicos
que no tenían miedo de pensar diferente.
Radicalmente diferente.
Verán, resolver la paradoja significa entender la forma, tamaño
y origen de todo lo que hay.
Sin este entendimiento, el acertijo es imposible de resolver.
Verán, atrapados aquí en la Tierra,
nosotros no tenemos acceso al viaje interestelar.
Por lo tanto debemos permitir que nuestras mentes hagan ese salto intelectual.
Simplemente al levantar la mirada
Digges y sus contemporáneos habían empezado un viaje científico
para entender cómo se vería el todo en realidad.
Pero 200 años después del descubrimiento de Thomas Digges
se hizo poco progreso en entender
los confines más distantes del cosmos.
De todas maneras, al final del siglo 18, todo eso cambiaría.
Hasta el final de los 1700, todo lo que está fuera
del sistema solar es, para los astrónomos, muy poco interesante.
La astronomía hasta ese entonces era la ciencia de nuestro sistema-
de la Tierra y los planetas, satélites y cometas.
Las estrellas eran una especie de residuo glorificado y poco interesante.
Esto cambiaría alrededor de 1800.
Esta pequeña y común casa en Bath fue alguna vez el hogar del astrónomo
William Herschel y su hermana, y devota asistente, Carolina.
Juntos desarrollarían y construirían una nueva generación de telescopios
que les permitiría ver más lejos en el espacio
de lo que ningún humano había logrado antes.
William Herschel nació en Hanover, pero se mudó a Inglaterra
en 1761 para perseguir una carrera de músico y compositor
pero pronto desarrolló una pasión por la astronomía
y empezó a construir telescopios en su tiempo libre.
Pronto Herschel perfeccionó una técnica para producir telescopios
que había tomado de Sir Isaac Newton.
Los telescopios usaban espejos metálicos
que eran capaces de capturar mucha más luz estelar
que los lentes de vidrio que eran populares entre otros astrónomos.
Este pequeño cuarto en la parte de atrás de la casa de Herschel
solía ser su taller.
Fue aquí que fundió varios metales juntos en el horno
para hacer los espejos reflectores para sus telescopios.
Y él experimentaría con diferentes metales,
diferentes combinaciones para hacerlos lo más reflectivos posible.
Entonces, con la ayuda de su hermana Carolina,
él pasaría interminables horas
puliendo la superficie de los espejos para lograr la precisión requerida.
Y deben recordar
El piso aún mantiene las cicatrices del metal fundido
que ellos regaban, fisurando las piedras del suelo.
Con sus poderosos telescopios, Herschel y su hermana Carolina
barrerían los cielos, noche tras noche, catalogando las estrellas.
El universo que estaban viendo se estaba revelando
como uno de complejidad dinámica, un universo de moción orgánica y natural,
un lugar asombroso sin fin.
El diseño revolucionario del telescopio de Herschel lo hizo famoso.
Con este descubrió un nuevo planeta, Urano,
un descubrimiento que le ganaría el trabajo de astrónomo del rey.
Este nuevo rol le dio el tiempo y recursos para empezar una tarea
mucho más grande, tratar de mapear todas las estrellas en el universo,
en un intento por dibujar una imagen del todo.
En 1785 Herschel publicó esta singular imagen.
Muestra una aproximación de la Vía Láctea,
con nuestro Sol residiendo en el centro.
Herschel había visto que somos parte de un vasto disco de estrellas,
una enorme galaxia de soles que parecía tener un límite claro.
Parecía que las artesanías de Herschel
le habían permitido ver el borde de todo.
Pero pronto un molesto problema empezó a emerger.
Posicionados alrededor del cielo Herschel y otros
habían estado observando extraños objetos como nubes,
conocidos como nebulosas.
Algunas de estas nebulosas parecían tener formas distintivas
y estructura compleja.
Algunos astrónomos empezaron a sugerir una idea radical.
Talvez la Vía Láctea no era todo lo que existía.
Talvez algunas de estas nebulosas eran, de hecho, gigantescas
galaxias de estrellas, justamente como la nuestra, que existían en el espacio profundo.
Desafortunadamente, no había forma de contestar esta pregunta satisfactoriamente.
El problema era que,
por todos los grandes logros tecnológicos de Herschel
y por todas esas largas y frías noches que pasó con Carolina
afuera, mirando dolorosamente a los cielos,
había un problema que no podían resolver.
No tenían forma de medir de forma precisa las distancias en el espacio exterior.
No sería hasta después de la muerte de Herschel
que un método muy astuto fue desarrollado
para medir la distancia a los objetos en las profundidades del espacio.
La técnica fue conocida como paralelaje estelar.
Si miramos a un objeto, como un dedo, desde dos puntos de vista,
va a desplazarse en nuestro marco de referencia.
Al observar cuánto se desplaza podemos calcular
qué tan lejos está.
Mi dedo se está moviendo mucho más entre un cuadro y otro
que el edifico detrás de él.
Ahora, un astrónomo llamado Friedrich Bessel calculó que
si tomamos imágenes de estrellas cuando la Tierra está a cada lado de su órbita
alrededor del sol, sería posible ver las estrellas desplazándose.
Al observar cuánto se desplazaban,
podríamos calcular su distancia hacia nosotros.
Bessel calculó que la estrella relativamente cercana
61 Cygni, debe estar a unos 100 trillones de kilómetros.
Pero por más sorprendente que esta técnica fuera,
aún era muy severamente limitada.
El diámetro de la órbita de la Tierra es de 300 millones de kilómetros.
Esto significa que el método de paralelaje solamente puede medir objetos
hasta cerca de 300 trillones de kilómetros,
solamente una pequeña fracción del tamaño de la Vía Láctea.
Pronto se hizo claro que había bastante en los cielos
que era prácticamente imposible de medir,
particularmente esas misteriosas nebulosas.
Se mantendrían como un enigma hasta el comienzo del siglo 20,
cuando encendieron un gran debate.
Un grupo de astrónomos concuerda en que solamente existe una galaxia, la nuestra,
la Vía Láctea, y todo lo demás que vemos,
los cúmulos globulares, las nebulosas, todos están de alguna forma dentro de esta galaxia.
También hay otros astrónomos que discuten que no, que muchas de estas nebulosas son
universos insulares gigantes, inimaginablemente lejos de nosotros.
Había evidencia para ambos lados.
Este misterio permanecería una fuente de amargo debate
hasta el inicio de los años 1920.
La mujer que ayudaría a resolver el problema es una de las grandes
heroínas irreconocidas de la ciencia.
Ella trabajaba en el Observatorio de la universidad del Harvard
y su nombre era Henrietta Leavitt.
El trabajo de Leavitt era contar y catalogar las estrellas
produciendo imágenes de observatorios alrededor del mundo.
Era una científica brillante que amaba su trabajo.
Esta es una de las placas fotográficas del espacio
con la que Leavitt trabajó.
Se pueden ver las marcas brillantes resaltando
los pequeños detalles dentro de la imagen.
Con cuidado meticuloso,
cientos de sutiles características de las estrellas han sido anotadas.
Fue esta habilidad que le ayudaría a tener una ingeniosa idea,
una que ayudaría a desentrañar el verdadero tamaño del universo.
La idea se basaba en encontrar una forma objetiva de definir
el verdadero brillo de una estrella.
Leavitt pronto estuvo fascinada por un tipo de estrella conocida como una variable Cefeida,
que pulsa en el cielo nocturno.
Su avance fue descubrir
que su brillo estaba precisamente relacionado a la velocidad con la que destellaba.
Déjenme explicarles.
Estas dos estrellas están titilando a la misma velocidad, lo que significa que deberían
tener exactamente el mismo brillo.
Si una estrella parece más opaca entonces podemos calculár qué tanto más alejada
está que la más brillante.
El método de Leavitt significaba que ella sabía
El verdadero brillo de las variables Cefeidas.
Ella había encontrado un método para medir la distancia a estrellas que estaban
lejanas al alcance del paralelaje.
Pero sin acceso a un telescopio
ella no podía avanzar más con su trabajo.
Ella tenía prohibido trabajar en el mundo del observatorio
supremamente dominado por los hombres.
Pero su descubrimiento ahora les daba a los atrónomos una herramienta
para medir las distancias a la misteriosa nebulosa.
La idea de que nuestra Vía Láctea pueda contener todo lo que existe
estaba a punto de despedazarse.
La escala del universo es realmente entendida
sorprendentemente recién.
En los años de 1920 era absolutamente posible
que el universo consistiera de una galaxia,
y algunos de los mejores astrónomos en el mundo, en los Estados Unidos por ejemplo,
mantenían seriamente esa visión, y tenían buena evidencia de que era cierta.
Y estaban equivocados.
La evidencia que finalmente terminaría el gran debate sería encontrada
gracias al poderoso nuevo telescopio Hooker
que estaba siendo construído en el observatorio Mount Wilson
justo afuera de Los Angeles.
Usando esta increíble pieza de tecnología,
y el ingenioso método de Henrietta Leavitt para calcular la distancia
un joven astrónomo haría un descubrimiento que cambiaría
nuestra visión del universo e inmortalizaría para siempre su nombre.
El astrónomo se llamaba Edwin Hubble.
Hubble era un tipo de científico muy diferente a Leavitt.
Él era una personaje extrovertido, con un ego gigantesco
pero aún así era un científico inmensamente talentoso y visionario.
Nació y creció en America pero pasó algún tiempo en Inglaterra
y esto parece haber tenido una impresión duradera
porque podía ser escuchado caminando por el observatorio
gritando cosas como "por Jupiter!"
y "What-ho!" en un acento británico completamente exagerado.
El talentoso, apasionado y excéntrico Hubble
rápidamente se ganó un nombre propio en el mundo de la astronomía.
Pero no sería hasta 1923
que descubriría algo en lo que en ese entonces era conocido como
la nebulosa de Andrómeda
que revelaría la verdadera escala de nuestro universo.
He venido al observatorio de la universidad de Londres
para encontrarme con el astrónomo Dr. Steve Fossey,
para ver por mí mismo cuál fue la revelación de Hubble.
Vamos a introducir las coordenadas
de Andrómeda a la consola.
Entonces, cero horas 43 minutos...
Para Hubble y su asistente, Milton Humason,
estudiar a Andrómeda era un largo y doloroso proceso,
pero hoy en día podemos localizarla rápidamente y fotografiarla en gran detalle.
Esta es una imagen que tomamos hace un par de semanas. Entonces,
si yo la magnifico, van a ver que justo ahí
está la cefeida Hubble, la primera cefeida que él encontró
y que resolvió todo el problema.
porque probablemente fue cuando pudo usar el método de Leavitt
para calcular qué tan lejos está.
Exactamente, una vez que vió esto y la identificó como una variable,
entonces tuvo la clave para determinar qué tan brillante era ese objeto...
... y concluyó que no podía haber estado en nuestra galaxia,
debía estar a millones de años luz.
Absolutamente, es eso exactamente. Pueden observar la región nuclear,
pero conforme ajustamos el contraste, puedo estirar el contraste
solo para resaltar algunos detalles en la galaxia. Oh, wow!
Brazos espirales. Pueden ver las líneas de polvo en la silueta
contra los billones de estrellas que están dentro de Andrómeda.
Al encontrar una de las estrellas variables en Andrómeda,
y midiendo exactamente cuánto le tomó pulsar,
Hubble pudo utilizar el trabajo de Leavitt
para calcular exactamente qué tan lejos estaba.
Esta es una placa fotográfica
donde Hubble marcó su nueva estrella variable cefeida.
Usándola, calculó que Andrómeda estaba muchas, muchas veces
más distante que los límites más lejanos de la Vía Láctea.
Andrómeda era indudablemente un universo insular,
una vasta galaxia de estrellas.
Ahora sabemos que Andrómeda está a más de 2.5 millones de años luz.
Esto significa que la luz que nos llega desde Andrómeda hoy en día
salió en su viaje antes de que los humanos modernos hayan evolucionado.
- Ese es nuestro vecino. - Ese es nuestro vecino,
nuestro más vecino grande más cercano.
Tengo que recordar que lo que estoy mirando aquí es lo real,
estos son fotones que han viajado millones de años
para alcanzar mi ojo. - Exactamente.
Estos son fotones directamente desde Andrómeda
que están llegando a mi ojo.
Hoy en día tenemos el poder de ver a Andrómeda
como Hubble soló lo hubiera soñado.
Ahora estimamos que Andrómeda
contiene más de un trillón de estrellas.
Y es sólo una de una vasta multitud de galaxias
esparcidas por nuestro universo.
En 1923 el universo había sido del tamaño de la Vía Láctea,
para 1924 el espacio que nos rodea
había revelado ser billones de veces más grande
y hogar de una complejidad cósmica casi inimaginable.
Hubble había demostrado que existen una multitud de galaxias fuera
de la nuestra y había empujado las barreras del universo.
Pero él no había visto un borde del espacio.
Él no había visto todo.
Aún no habían pistas
sobre qué tan grande era nuestro universo o aún de qué forma podría ser.
Para entender la extraña verdad acerca de todo se requerirían
más que sólo observaciones.
Se requerirían matemáticas,
un poderoso nuevo tipo de matemáticas que permitan describir
las propiedades extrañas del mismísimo espacio.
Cuando estás intentando entender el universo es fácil pensar
que lo que haces es hacer muchas observaciones, ver lo que hay,
y poner todo junto en tu gran imagen.
Pero el problema es que, a menos que tengas algún tipo de idea
de cómo debería ser esa imagen, no sabes qué observaciones hacer,
no sabes qué es significante.
Y a través de la historia de la ciencia,
cada cierto tiempo a alguien se le tiene que ocurrir una nueva idea matemática.
Las nuevas ideas matemáticas sobre el espacio eran tan raras,
tan removidas del sentido común, que tomaría más de 2000 años
y el ingenio de Albert Einstein para formularlas.
Pero cuando estuvieron listas, estos extraños nuevos tipos
de matemáticas encabezaron una revolución
en nuestro entendimiento del espacio que nos rodea.
OK, entonces qué es espacio?
Creemos que sabemos la respuesta. Puedo hablar de este cuarto como espacioso.
Hay mucho espacio aquí.
O un espacio confinado. No hay suficiente volumen, suficiente espacio.
Pero el espacio existe sólo cuando hay algo en él?
El espacio sólo tiene un significado cuando está encerrado por paredes?
Piensen en la distancia entre dos objetos.
Esa brecha aún existe si quitamos los objetos?
Qué significado le podemos dar a la distancia
si no tiene un punto inicial y uno final?
Finalmente la pregunta es esta:
tiene el espacio por sí mismo una forma?
Tiene estructura o una figura?
O es solo un lugar en donde suceden cosas?
Las propiedades del espacio fueron descritas por primera vez por el matemático
Euclides hace más de 2000 años en su texto legendario Los Elementos.
En él, había puesto un set de reglas lógicas sencillas sobre el espacio,
en lo que hoy en día llamamos geometría euclidiana.
La geometría euclidiana es la geometría que vemos a nuestro alrededor todos los días.
Si están sentados en un cuarto y es el cuarto usual rectangular,
lo que ven son muchas líneas rectas, ángulos rectos, ven
líneas paralelas, la ventana, ambos lados son paralelos.
Si los extendieran, se mantendrían exactamente a la misma distancia,
nunca se encontrarían.
y la otra cosa que verían si ven más de cerca
es que en cualquier triángulo que dibujen, los ángulos del triángulo
siempre suman 180 grados.
Eso es característico de la geometría euclidiana.
Y la gente solía pensar que así era la geometría,
que nada más era posible.
Para el mismo Euclides, y para casi todos los matemáticos
en los siguientes 2000 años,
estas reglas no eran solamente verdaderas matemáticamente,
también eran declaraciones verdaderas sobre la realidad física.
Entonces pensaban que dos líneas paralelas
se mantendrían paralelas para siempre.
Que un triángulo en el espacio real siempre tendría
ángulos que suman 180 grados.
Pero por más raro que esto pueda sonar,
esto no siempre es cierto.
Casi hace 250 años, en un pequeño pueblo al norte de Alemania,
un matemático nació que tenía la habilidad y originalidad para empezar
a desentrañar la geometría de Euclides
y empezar a cambiar nuestras ideas sobre el espacio.
Su nombre era Carl Friedrich Gauss.
Gauss atacó varios grandes problemas en su carrera, pero desde una temprana edad
empezó a especular que las reglas de Euclides podrían no ser tan absolutas
como todos asumían.
Específicamente, Gauss empezó a ver que en espacios curvos
otros tipos de geometrías podían existir, con diferentes reglas que las de Euclides.
Por ejemplo, en la superficie de una esfera los ángulos de un triángulo
pueden sumar más de 180 grados.
Muchos otros refinarían y desarrollarían las ideas de Gauss.
Pero uno de sus mayores logros sería darnos un astuto método
para medir precisamente la curvatura.
Pasaría a ser conocido simplemente como el Teorema Destacable.
Déjenme explicarles con este globo.
Podemos ver que es tridimensional,
porque podemos retroceder y mirarlo.
Pero qué si fueramos una hormiga, atrapados en la superficie?
Cómo podría saber que la superficie es curva?
Entonces, imaginen que son la hormiga y empiezan en el Polo Norte.
Y con la mirada al sur, se mueven hacia el ecuador.
En el ecuador, aún mirando al sur, se mueven de lado
a lo largo del ecuador.
Entonces llegan a cierto punto y empiezan a caminar hacia atrás
de forma que siguen mirando a la misma dirección y retroceden
hacia el Polo Norte.
Ahora, miren lo que ha sucedido.
Han estado apuntando al sur todo el tiempo, pero cuando llegan
de regreso a su punto de partida, están mirando en otra dirección.
Enter esto nos permite calcular la curvatura
de una superficie sin abandonarla.
Esta fue una visión increíble.
Pero solo se aplica a superficies curvas, que son bi-dimensionales.
Le tomaría a un estudiante brillante de Gauss, Bernhard Riemann,
desarrollar estas ideas en una forma en la puedan ser aplicadas
al espacio tri-dimensional que nos rodea.
Sería un concepto osado, extravagante,
y para los no-matemáticos, absurdo.
A la edad de 26 años, Riemann encapsuló sus extrañas ideas sobre la geometría
en una conferencia que se convertiría legendaria entre matemáticos.
En junio de 1854, Riemann dio su conferencia a una audiencia embelesada.
En ella detalló cómo había tomado las ideas de Gauss sobre superficies curvas
y las había generalizado para que se aplicaran no solo a superficies
curvas en dos dimensiones, sino a la curvatura del espacio en cualquier dimensión.
OK, estoy seguro que todo esto suena bastante complicado.
A qué nos referimos exactamente por espacio curvo en cualquier dimensión?
Déjenme tratar de explicarles.
Así es la cosa, Gauss habló sobre superficies curvas en dos dimensiones.
Pues bien, aquí tenemos una hoja de papel y es bi-dimensional.
Entonces, si la curvo, podemos visualizar y ver esta curvatura.
Pero solamente porque está incrustada en tres dimensiones.
Ahora, qué pasa si curvamos las tres dimensiones?
Probablemente necesitaríamos una cuarta dimensión.
Pero cómo llegamos a este espacio de 4 dimensiones?
Es imposible salir de nuestro mundo tri-dimensional.
A donde viajemos en el universo,
no importa qué tan lejos vayamos, siempre estaremos atrapados en tres dimensiones.
El ingenio de Riemann fue mostrar que no era necesario
pararse en una cuarta dimensión para saber si el espacio era curvo.
Podríamos hacerlo desde dentro de este.
Pero para Riemann esto se mantendría siempre como una idea puramente matemática.
Le quedaría a Albert Einstein el juntar estas ideas matemáticas,
y aplicar geometrías flexibles, curvas, no euclidianas
al espacio real que nos rodea.
Pienso que el punto más importante de toda esta historia
de geometría no euclidiana es que nos muestra
cómo las matemáticas y el mundo real se relacionan.
Y comienza con matemáticos dando vueltas, preguntando:
"Podrá existir una geometría diferente a la de Euclides?"
y si alguien decía: "Por qué estás estudiando eso?"
Ellos dirían: "Ni idea." "Para qué es útil?"
"Ni idea, solo es interesante."
Pero ellos dieron vueltas y encontraron una respuesta sorprendente-
que diferentes geometrías eran posibles.
Y aún en este punto nadie tenía aplicaciones reales para esta idea.
Y entonces, cuando es el momento preciso, Einstein llega y dice:
"Esto es lo que necesito, esto es física real."
Y de repente, este pedazo de matemáticas esotéricas
se vuelve vital para la empresa científica.
Einstein revelaría que vivimos no en el mundo plano de Euclides,
sino en los mundos extraños y curvos de Gauss y Riemann.
En el espacio de unos pocos años cortos
Einstein pasó de luchar con algunas de las ideas matemáticas
más difíciles y abstractas a cenas con Charlie Chaplin.
Y todo fue gracias a la cumbre del trabajo que realizó durante su vida-
la teoría general de la relatividad.
En la teoría general de la relatividad Einstein tomó las matemáticas
de Gauss y Riemann
y las usó para pintar una imagen revolucionaria del mundo físico.
Mostró que tal y como Gauss había sospechado, la geometría
del espacio a nuestro alrededor no siempre es regular, plana, eucliniana.
Pero si el espacio es doblado y envuelto a nuestro alrededor,
de seguro podríamos observar que este es el caso.
Bueno, si podemos, solo que no en la forma en la que se esperaría.
Esta fue la mayor visión de Einstein.
Nos mostró que era la habilidad del espacio de doblarse y envolverse,
de ser flexible y cambiar su geometría,
lo que daría paso a la fuerza que llamamos gravedad.
Listo.
Entonces, desde el tiempo de Newton
se pensaba en la gravedad como en una fuerza que jala y une todos los objetos.
Por lo que si suelto esta manzana
es como si hubiera una banda elástica que la está jalando
hacia la Tierra.
Pero la teoría general de relatividad de Einstein nos da una imagen
completamente diferente y una perspectiva totalmente nueva.
Por lo tanto, aunque la gravedad parece ser una fuerza,
no es nada más que la curvatura del espacio.
Cuando un objeto cae, no está siendo jalado por la gravedad en absoluto,
simplemente está siguiendo el camino más simple a través del espacio doblado.
Pero las ecuaciones de la relatividad general no terminaban ahí.
Estas revelaban que era la presencia de masa
lo que causan que el espacio se curve y distorcione.
La razón por la que tenemos gravedad en la Tierra es porque la Tierra
de hecho está doblando el espacio a su alrededor.
En la teoría de Einstein del universo
el espacio se vuelve una entidad dinámica que reacciona a sus contenidos.
El espacio entiende sobre la presencia de cuerpos gravitacionales y responde
a su presencia cambiando su geometría de formas realmente interesantes.
Entonces lo que en el siglo 16, 17, 18 y 19 era un objeto quieto, bastante aburrido,
de repente en la teoría de Einstein
se convirtió en un cuerpo dinámico, casi vivo.
La teoría de Einstein reveló que el espacio mismo,
el universo entero, todo,
no solo era inimaginablemente grande, también tenía forma y estructura.
Era maleable.
Todo podía ser doblado y envuelto.
Gauss, Riemann y Einstein se habían ingeniado una descripción
de cómo el espacio y tiempo en los que existimos podrían ser envueltos.
Ellos mostraron que el espacio y tiempo no son el escenario fijo e invariable
en el que las acciones del universo actúan.
Son mas bien parte de la actuación.
Pronto fue evidente que debido a que la teoría general de relatividad
se aplicaba a todo, le daba a los físicos una forma de poder ubicarse
fuera del universo e imaginar cómo se estaba comportando
en su totalidad.
Y cuando lo hicieron vieron algo
extremadamente perturbador.
Las ecuaciones estaban dando una descripción del universo
que parecía ridícula.
Estaban describiendo algo que de hecho se estaba expandiendo.
Parecía absurdo que el universo entero
pudiera ser algún tipo de entidad en movimiento, orgánica y en expansión.
Era una predicción tan extraña
que hasta Einstein se negó a creerla.
Einstein había dado vuelta nociones de sentido común del espacio y tiempo
mantenidas por humanos por miles de años.
Paro aún no podía aceptar
que todo el universo pudiera ser dinámico y cambiante.
De hecho, estaba tan convencido de que era estático que estaba preparado
para modificar sus ecuaciones originales al agregar un término extra
llamado constante cosmológica, que estabilizaría el universo.
Pero Einstein estaba tratando de arreglar algo que no estaba dañado.
Es en este punto en el que nuestra historia vuelve a Edwin Hubble.
Armado con un telescopio Hooker, Hubble revelaría la verdad
en la que Einstein se habia negado a creer.
Después de descubrir que nuestra galaxia era solo una de varias, Hubble empezó
a estudiar las formas en las que estas otras galaxias se movían.
Hubble sabía que, al acercársenos una fuente de luz, la onda luminosa
se comprimiría y aparecería azul.
Si un objeto se estaba retirando las ondas de luz se estirarían
y aparecerían rojas.
Lo que vió fue asombroso.
Todas las galaxias distantes estaban apareciendo rojas.
Se estaban alejando de nosotros.
No solo eso, pero mientras más lejos se encontraba una galaxia,
más rápidamente se alejaba.
Las observaciones de Hubble y la teoría general de relatividad de Einstein
estaban de acuerdo.
Pero, y este es el punto crucial aquí, no es que las galaxias
están alejandose las unas de las otras a través del espacio
sino que el tejido mismo del espacio entre las galaxias
se está expandiendo.
Entonces el universo en su totalidad se está haciendo más grande.
Esto es lo que el trabajo de Hubble y Einstein reveló.
Pronto, Einstein visitó a Hubble para ver esta información por sí mismo.
Hasta llegó a admitir que cambiar sus ecuaciones había sido
su mayor torpeza científica.
Entonces, por qué el espacio se está expandiendo de esta forma?
Hubble y Einstein pronto llegaron a estar de acuerdo.
Si la fibra del espacio se estaba expandiendo
significaba que antes el universo era más pequeño.
Retrocedan el reloj lo suficientemente lejos...
... y parece que hubiera un punto
en el cual nuestro universo entero empezó.
Los datos señalban hacia un momento de creación.
Pero muchos científicos no estaban convencidos por este aparente Big Bang.
Parecía un salto muy grande.
Pero había un pedazo de evidencia
que tenía el poder de convencer a todos.
Parecía que si el Big Bang había sucedido entonces un tiempo después
del momento de creación
un rayo de luz debería haber sido emitido a través del universo.
Ahora cada parte del cosmos debería estar llena con esta luz.
Y resulta que sí estuvo.
Solamente que fue de una forma inusual.
Por poco probable que suene, el vestigio del la bola de fuego del Big Bang
de hecho fue visible por televisión.
Déjenme explicarles cómo es posible.
Imaginen que este globo es nuestro universo.
Aquí es de solo unos pocos cientos de miles de años de edad.
En este punto algo muy extraño sucede
porque de pronto el universo se vuelve transparente
para la luz visible conforme se forman los átomos.
Es como si una neblina se hubiera levantado y la luz de repente
puede viajar libremente a través del universo.
En cada punto del espacio fotones empezaron a viajar
sin impedimento y el universo entero se llena con una luz cegadora.
Pero esta luz, liberada en el hirviente alboroto del universo temprano,
no permaneció brillante por siempre.
Mientras el espacio se expandía esta se extendió en el espectro
desde luz visible hasta las microondas.
Y son estas microondas las que son recogidas por las antenas de televisión.
Increíblemente
casi uno por ciento de esta estática es el mismísimo resplandor de la creación.
Son los residuos expandidos
del la primera luz en el universo.
Hoy en día, con satélites, se ha vuelto posible hacer un mapa del universo
increíblemente preciso al momento en el que se hizo luz.
Esta es la luz fosilizada del primer amanecer.
Evidencia convincente de que el universo tuvo un comienzo.
Usando la radiación microondas los cosmólogos hasta pudieron ponerle fecha.
Nuestro universo entero tiene 13.7 billones de años de edad.
Este comienzo de todo sería la pieza de información final
necesaria para responder la pregunta que Thomas Digges
había hecho primero hace más de 400 años.
Finalmente nos daría una explicación satisfactoria
de por qué se hace obscuro de noche.
OK, aquí está, aquí es donde espero que todo tome sentido.
Mientras más lejos se encuentra una estrella más tiempo le toma
a su luz llegar a la Tierra.
Entonces, si el universo ha estado presente por siempre,
entonces toda la luz que existe habría tenido tiempo de alcanzarnos
y el cielo nocturno estuviera ardiendo en luz estelar. Pero no lo está.
Y este es el por qué.
Imaginen cuando el universo era mucho más joven
y más pequeño de lo que es hoy.
Un rayo de luz en el otro lado del universo comienza un viaje
hacia nuestra posición.
Pero, al expanderse el espacio,
la distancia que la luz tiene que cruzar se sigue haciendo más y más grande.
Adelantémonos hasta hoy y esta luz aún no nos ha alcanzado.
Entonces, no importa qué tanto miremos al cielo,
simplemente no vamos a ser capaces de verla.
Solamente podemos ver las estrellas cuya luz ha tenido tiempo de alcanzarnos
en los 13.7 billones de años desde el Big Bang.
Esta región es conocida como el universo observable.
Y no hay suficientes estrellas aquí para iluminar el cielo nocturno.
Entonces solo vemos las estrellas y galaxias cuya luz
ha tenido la oportunidad de alcanzarnos y esto es por qué se oscurece en la noche.
El hecho más simple que damos por sentado,
que el cielo en la noche es oscuro,
es de hecho increíblemente profundo.
Tomó 200 años de crear teorías, de pensar, tomó el desarrollo
de la relatividad general, antes de que podamos entender
por qué el cielo es oscuro en la noche.
Al razonar y observar e imaginar hemos encontrado
aún mejores formas de proyectarnos fuera de los confines de nuestra pequeña roca
cayendo a través del espacio.
Nos hemos vuelto cada vez más hábiles en crear imágenes
de todo.
Esta es una simulación en computadora del universo en su infancia.
Usándolo podemos ver cómo la fuerza de gravedad le ha dado forma al universo
durante billones de años.
Las regiones más brillantes blancas y amarillas en esta imagen
muestran dónde las galaxias y cúmulos de galaxias se formaron.
Pueden ver cómo, conforme el universo evoluciona,
una estructura extraña y oculta empieza a emerger.
Esta es la membrana cósmica.
Es nuestra mejor imagen de cómo se ve todo
a grandes escalas.
Nos muestra cúmulos masivos de galaxias enlazados
en vastos filamentos, cada uno conteniendo trillones de estrellas.
A veces su escala es dífícil de apreciar.
Pero le tomaría a la luz casi 10 billones de años
cruzar la distancia en esta imagen.
Pero esta foto increíble de todo está destinada a cambiar.
Estamos empezando a entender que, en el futuro distante, el universo
se convertirá en un lugar terroríficamente triste y desolado.
En 1998 un equipo de astrónomos publicó un artículo
en el que miraban explosiones de supernovas en galaxias distantes.
Ellos esperaban medir muy precisamente
cuán rápido se estaba expandiendo el universo.
Ellos esperaban encontrar que la tasa de expansión se estaba desacelerando
solo debido al jalón de la gravedad de toda la materia en el universo.
Pero se llevaron una gran sorpresa.
El universo se estaba haciendo más grande cada vez más rápido.
La tasa de expansión se estaba acelerando.
Parecía haber alguna fuerza misteriosa empujando y separando todo.
Aún no entendemos su origen
pero ha sido denominada energía oscura.
Hay una consecuencia fascinante pero perturbadora para esto.
Si la expansión del universo continúa acelerándose
entonces nuestro universo visible se empezará a vaciar.
Déjenme explicarles. Imagínense que estoy en una galaxia distante
que pueden ver desde la Tierra.
Al estirarse el espacio entre nosotros llegará un momento en el futuro
cuando se expanda tan rápidamente que la luz no pueda no podrá vencerlo
y la galaxia desaparecerá de vista.
Lo que esto significa
es que, en el futuro, después de unos 100 billones de años,
si aún existen formas inteligentes de vida en nuestra galaxia,
mirarán hacia nuestro espacio y verán solo las estrellas de nuestra Vía Láctea.
Todas las demás galaxias habrán desaparecido.
Y estarán solos en una extensión vasta, oscura y vacía.
Aquí tengo una caja. Qué pasaría si yo removiera todo
lo que pueda de dentro de ella?
Qué existe entonces dentro del espacio en la caja?
Realmente hay nada?
Traducción y subtítulos por adri_o